NON-DESTRUCTIVE, MICROSTRUCTURAL AND MECHANICAL PERFORMANCE EVALUATION OF METAL POLYMER HYBRID STRUCTURES

• Main Author: RAPHAEL PEREIRA PINTO
• Other Authors: SIDNEI PACIORNIK
• Language: English
• Published: PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO 2017
• Online Access: http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=36323@1; http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=36323@2

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO === CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO === A indústria de transporte tem enfrentado rigorosas políticas econômicas e ambientais para a redução do consumo de combustível e consequentemente redução na emissão de CO2. Uma solução promissora para suprir tais exigências encontra-se na redução do peso da estrutura de carros e aviões através do uso de estruturas híbridas. Técnicas de união convencionais geralmente são inadequadas para produzir juntas híbridas de metal e polímero. Sendo assim, tecnologias de junção inovadoras estão sendo desenvolvidas para surprir tais limitações, como por exemplo: União pontual por fricção (FSpJ), rebitagem por fricção (FricRiveting) e união por energia ultra-sônica (U-Joining). Esta dissertação de mestrado foi desenvolvida para avaliar juntas híbridas produzidas com baixo (BAE) e alto aporte energético (AAE). O monitoramento da temperatura, a análise microestrutural, a resistência mecânica e os respectivos modos de falhas das juntas foram avaliados para as três técnicas de fricção. Neste contexto, técnicas de microscopia, microtomografia de raio-x e ensaios de resistência mecânica foram escolhidas para tal finalidade. Juntas de AAE produzidas por união pontual de fricção apresentaram 43 porcento maior resitência mecânica comparado com juntas de BAE e ambas falharam no centro da área de junção. Juntas de AAE produzidas por rebitagem apresentaram 46 porcento maior resitência mecânica e falha do rebite metálico fora da placa polimérica, comparado com juntas de BAE que teve o rebite metálico arrancado da placa polimérica. A resitência ao cisalhamento das juntas de AAE (fratura da placa polimérica) produzidas por energia ultra-sônica foi 85 porcento maior que as juntas de BAE (fratura dos pinos combinado com falhas coesivas e adesivas). === The transportation industry has been facing stringent environmental regulations to decrease fuel consumption and CO2 emissions. A promising solution to fulfill these demands is decreasing the structural weight of vehicles and airplanes by combining lightweight alloys and fiber-reinforced polymers in hybrid structures. Conventional joining technologies are usually inadequate to produce high performance joints. To overcome these limitations, advanced joining technologies are under development such as: Friction Spot Joining (FSpJ), Friction Riveting (FricRiveting) and Ultrasonic Joining (U-Joining). This master dissertation was devised to evaluate FSp, FricRiveting and U-Joining joints produced with different heat input levels (low and high) in terms of process temperature development, microstructural features, quasi-static mechanical performance and the respective failure mechanisms. In this context, microscopy techniques (i.e. optical, confocal laser and scanning electron), X-Ray micro-computed tomography (microCT), lap shear and T-Pull testing were chosen for this purpose. FSp joints produced under HHI joining condition achieved an ultimate lap shear force (ULSF) 43 percent higher than LHI joints, whereas HEI joints produced by FricRiveting process achieved ultimate tensile force (UTF) 46 percent higher than LEI joints. The lap shear strength of ultrasonically joined joints produced under HEI joining condition was up to 85 percent higher than LEI joints. FSp joints failured in the center of the overlap area while friction-riveted joints failured through the rivet (HEI) and full rivet pull-out (LEI). Ultrasonically joined joints failured through the polymer (HEI), whereas LEI joints failured through a combination of shearing of the metallic pins and a mixed cohesive (CF) and adhesive (AF) failure.